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<title>3.5 光学陀螺 | pansis.io</title>
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        <meta name="description" content="一、光学陀螺
1、种类
光纤陀螺与激光陀螺
2、基本原理
萨格奈克（Sagnac）干涉原理
利用光纤绕成环形光路，并检测出随转动而产生的沿相反方向旋转的两路激光束之间的相位差，从而计算 出旋转角速度。
3、光纤陀螺和激光陀螺的异同点


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1、种类
光纤陀螺与激光陀螺
2、基本原理
萨格奈克（Sagnac）干涉原理
利用光纤绕成环形光路，并检测出随转动而产生的沿相反方向旋转的两路激光束之间的相位差，从而计算 出旋转角速度。
3、光纤陀螺和激光陀螺的异同点


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        <meta name="twitter:description" content="一、光学陀螺
1、种类
光纤陀螺与激光陀螺
2、基本原理
萨格奈克（Sagnac）干涉原理
利用光纤绕成环形光路，并检测出随转动而产生的沿相反方向旋转的两路激光束之间的相位差，从而计算 出旋转角速度。
3、光纤陀螺和激光陀螺的异同点


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                                <h2>
                                    3.5 光学陀螺
                                </h2>
                                <span class="article-info">
                                    2023-10-28, 1106 words, 4 min read
                                </span>
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                                        <h2 id="一-光学陀螺">一、光学陀螺</h2>
<h4 id="1-种类">1、种类</h4>
<p>光纤陀螺与激光陀螺</p>
<h4 id="2-基本原理">2、基本原理</h4>
<p><strong>萨格奈克（Sagnac）干涉原理</strong></p>
<p>利用光纤绕成环形光路，并检测出随转动而产生的沿相反方向旋转的两路激光束之间的相位差，从而计算 出旋转角速度。</p>
<h4 id="3-光纤陀螺和激光陀螺的异同点">3、光纤陀螺和激光陀螺的异同点</h4>
<ul>
<li>
<p>相同点：工作原理相同，<strong>萨格奈克（Sagnac）干涉原理</strong></p>
</li>
<li>
<p>不同点：光纤陀螺是将200m～2000m的光纤绕制成直径为10cm～60cm的圆形光纤环。</p>
<p>加长了激光束的检测光路，使检测灵敏度和分辨力比激光陀螺提高了几个数量级，有效地克服了激光陀螺因<strong>闭锁</strong>而产生的影响。</p>
</li>
</ul>
<h2 id="二-萨格奈克sagnac干涉原理">二、萨格奈克（Sagnac）干涉原理</h2>
<h4 id="1-基本原理">1、基本原理</h4>
<p>顺、逆光束在环路内传播一周后通过半反片发 生干涉，形成干涉条纹。</p>
<p><strong>当光程差改变一个波长时，干涉条纹就移动一个。</strong></p>
<p>由于<strong>光程差与腔体转动角速度成正比</strong>，因此<strong>干涉条纹的移动速度也与腔体转动角速度成正比</strong>，这一现象被称为Sagnac 效应。</p>
<h4 id="2-非转动状态">2、非转动状态</h4>
<figure data-type="image" tabindex="1"><img src="http://cos.pansis.site/202310261447866.png/abc123" alt="image-20231026144734657" loading="lazy"></figure>
<h4 id="3-转动状态">3、转动状态</h4>
<p>当腔体以角速度$\Omega $绕垂直于光路平面的中心轴线旋转时， 从A点出发的两束反向传播光束在环路内绕一圈的光程不再相同，因为光束出发的原始位置A点已沿顺时针方向移动到B点 。</p>
<p>顺时针方向的光：</p>
<figure data-type="image" tabindex="2"><img src="http://cos.pansis.site/202310261447039.png/abc123" alt="image-20231026144631380" loading="lazy"></figure>
<p>逆时针方向的光：<img src="http://cos.pansis.site/202310261452026.png/abc123" alt="image-20231026145209940" style="zoom:33%;" /></p>
<p>时间差公式：<img src="http://cos.pansis.site/202310261452889.png/abc123" alt="image-20231026145254833" style="zoom: 50%;" /></p>
<h4 id="4-光程差公式">4、光程差公式</h4>
<img src="http://cos.pansis.site/202310261453835.png/abc123" alt="image-20231026145357754" style="zoom:33%;" />
<p>A为环形光路所围面积。 对任意形状的 环路（如矩形、三角形等）都适用</p>
<h2 id="三-光纤陀螺仪">三、光纤陀螺仪</h2>
<h4 id="1-组成">1、组成</h4>
<img src="http://cos.pansis.site/202310261500395.png/abc123" alt="image-20231026150005289" style="zoom:33%;" />
<img src="http://cos.pansis.site/202310261600749.png/abc123" alt="image-20231026160020506" style="zoom:33%;" />
<h4 id="2-工作原理">2、工作原理</h4>
<p>萨格奈克(Sagnac)效应</p>
<p>**无旋转时：**两束光绕行一周的时间相等<img src="http://cos.pansis.site/202310261500286.png/abc123" alt="image-20231026150044208" style="zoom:33%;" /></p>
<p>**旋转时：**当干涉仪绕着与光路平面相垂直的轴以角速度ω （设为逆时针方向）相对惯性空间旋转时。</p>
<ul>
<li>两束光绕行一周到达分束板的光程差：<img src="http://cos.pansis.site/202310261505171.png/abc123" alt="image-20231026150550074" style="zoom:33%;" /></li>
<li>相位差：<img src="http://cos.pansis.site/202310261507895.png/abc123" alt="image-20231026150718800" style="zoom:33%;" />   周长 <span class="katex"><span class="katex-mathml"><math><semantics><mrow><mi>l</mi><mo>=</mo><mn>2</mn><mi>π</mi><mi>R</mi></mrow><annotation encoding="application/x-tex">l = 2\pi R</annotation></semantics></math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="base"><span class="strut" style="height:0.69444em;vertical-align:0em;"></span><span class="mord mathdefault" style="margin-right:0.01968em;">l</span><span class="mspace" style="margin-right:0.2777777777777778em;"></span><span class="mrel">=</span><span class="mspace" style="margin-right:0.2777777777777778em;"></span></span><span class="base"><span class="strut" style="height:0.68333em;vertical-align:0em;"></span><span class="mord">2</span><span class="mord mathdefault" style="margin-right:0.03588em;">π</span><span class="mord mathdefault" style="margin-right:0.00773em;">R</span></span></span></span></li>
</ul>
<p>N匝光纤的相位差：<img src="http://cos.pansis.site/202310261510096.png/abc123" alt="image-20231026151028056" style="zoom: 33%;" /></p>
<h4 id="3-光纤陀螺标度因子">3、光纤陀螺标度因子</h4>
<p>1、公式</p>
<img src="http://cos.pansis.site/202310261557716.png/abc123" alt="image-20231026155759633" style="zoom:33%;" />
<p>2、在光纤线圈半径一定的条件下，可以通过<strong>增加线圈的匝数</strong>来提高测量的灵敏度。</p>
<p>但光纤长度也不能无限地增加，因为光纤具有一定的损耗</p>
<h4 id="4-优点">4、优点</h4>
<ul>
<li>无运动部件，仪器牢固稳定，抗冲击和振动能力强；</li>
<li>结构简单，零部件少，价格低；</li>
<li>启动时间极短（原理上可瞬间启动）；</li>
<li>检测灵敏度和分辨率高（可达 rad/s）；</li>
<li>动态范围宽（±300º/s），寿命长，信号稳定可靠；</li>
<li>采用集成光路技术，没有激光陀螺的闭锁问题。</li>
</ul>
<h2 id="四-光纤陀螺的噪声">四、光纤陀螺的噪声</h2>
<h4 id="1-光纤陀螺的核心部分">1、光纤陀螺的核心部分</h4>
<p>由光纤线圈组成的干涉仪（光源是干涉仪的关键组件）</p>
<h4 id="2-光纤陀螺噪声来源">2、光纤陀螺噪声来源</h4>
<ul>
<li>光源噪声
<ul>
<li>光源的波长变化、频谱分布变化及输出光功率的波动，将直接影响干涉的效果。</li>
</ul>
</li>
<li>探测器噪声
<ul>
<li>探测器噪声是检测干涉总效果用的器件。</li>
<li>噪声类型：探测器 灵敏度、调制频率噪声、前置放大器噪声和散粒噪声</li>
</ul>
</li>
<li>光纤线圈噪声
<ul>
<li>光纤线圈是敏感萨格奈克相移的传感元件</li>
<li>引起噪声的效应 光纤的瑞利后向散射效应、双 折射效应、克尔效应、法拉第效应及温度效应</li>
<li>光纤线圈噪声是光纤陀螺最大的噪声源。</li>
</ul>
</li>
<li>光路器件噪声
<ul>
<li>引起噪音的因素
<ul>
<li>光路中引入的各种器件的性能不佳</li>
<li>与光纤的对接所带来的光轴不对准</li>
<li>接点缺陷引起的附加损耗和散射</li>
</ul>
</li>
</ul>
</li>
<li>温度误差</li>
</ul>
<p>1、光学陀螺的分类、基本原理、两者异同点<br>
2、萨格奈克干涉原理内容、光程差、相位差公式、光纤陀螺仪光程差、相位差公式<br>
3、光纤陀螺标度因子<br>
4、光纤陀螺优点（结构、启动时间、灵敏度、动态范围）<br>
5、<strong>光纤陀螺核心部分</strong><br>
6、光纤陀螺噪声来源<br>
7、————是光纤陀螺最大的噪声源</p>
<br />
                                            
                                </p>
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